酸性氯化物溶液中304不锈钢的表面活性和局部腐蚀的研究

论文摘要

局部腐蚀作为一种常见的腐蚀类型,在国民经济中造成的危害巨大。传统的电化学方法只能描述金属/溶液界面均匀电极过程动力学,不能满足对局部腐蚀的现场、原位研究,因此电化学扫描探针技术应运而生。作为电化学扫描探针技术之一,扫描电化学显微镜（SECM）可用于研究局部腐蚀的动力学,还可以用来研究金属表面钝化膜的生长、破坏等,在原位上对腐蚀发生、发展机理进行亚微米或纳米空间分辨率的深入研究。本论文以铂探针为第一工作电极,304不锈钢为基底工作电极（第二工作电极）,利用扫描电化学显微镜独有的产生/接收模式,在酸性氯化钠溶液中,采用面扫描、逼近曲线、循环伏安、计时安培等方法,研究腐蚀产物的浓度分布、局部腐蚀过程动力学等。本论文的主要工作如下:1.探针的循环伏安曲线的基本形状与基底的状态相对应。分析探针的循环伏安曲线,并与溶液组分、探针与基底的间距、基底的性质等条件进行关联,判断探针和基底上发生的反应,得到电位与基底或探针上发生的反应的关系。2.在酸性氯化钠溶液中,通过探针恒高度二维（X-Y轴）面扫描曲线,改变探针的电位,利用探针上发生的不同的反应,进行探针的法拉第电流三维成像,表征304不锈钢基底的表面活性,进而对探针与基底的间距对活性表征的影响进行探讨。3.将304不锈钢持续钝化不同的时间,得到钝化时间与基底表面电流的关系曲线,可知钝化时间与基底表面形成稳定钝化膜的关系,并且可以直观观察到相对于其它部分的稳定的钝化膜,基底表面钝化膜有缺陷的位置。4.对304不锈钢持续施加电位,使其表面发生点蚀。连续进行面扫描,得到一组基底的法拉第电流图,结合逼近曲线的实验结果和基底性质等,对304不锈钢的局部腐蚀动力学过程进行探讨。实验表明,点蚀形成后,随时间的延长,304不锈钢表面有自修复现象的发生。5.利用计时安培法,计算酸性氯化钠溶液中亚铁离子的扩散系数。然后可根据极限稳态电流公式,对腐蚀现象发生后,304不锈钢表面的亚铁离子浓度进行计算,得到特定位置腐蚀产物的浓度,进一步探讨腐蚀的发展过程。并对不同成分溶液中的点蚀机理进行初步研究,讨论溶液中存在的SO42-对点蚀形成的阻碍作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 局部腐蚀机理概述
• 1.1.1 钝化膜的击穿
• 1.1.2 亚稳态点蚀
• 1.1.3 点蚀的生长
• 1.2 电化学研究局部腐蚀技术
• 1.2.1 传统电化学研究方法
• 1.2.2 原位电化学技术
• 1.3 扫描电化学显微镜简介
• 1.3.1 扫描电化学显微镜的装置
• 1.3.2 扫描电化学显微镜的工作模式
• 1.3.3 扫描电化学显微镜在研究金属腐蚀中的应用
• 1.4 本文的研究目的和思路
• 1.4.1 本文的研究目的和意义
• 1.4.2 本文的研究思路
• 参考文献
• 第二章 仪器及实验方法
• 2.1 电极、电解池及溶液
• 2.2 实验仪器和方法
• 第三章 氯化物溶液中304不锈钢腐蚀行为的动电位极化研究
• 3.1 304不锈钢的动电位极化行为
• 3.2 与腐蚀反应有关的探针的动电位极化行为
• 3.2.1 探针的稳态电流
• 3.2.2 探针与基底间距对探针反应的影响
• 3.3 小结
• 参考文献
• 第四章 氯化物溶液中304不锈钢腐蚀行为的SECM研究
• 4.1 不锈钢基体电位变化的影响
• 4.1.1 基底保持开路电位
• 4.1.2 基底保持活性溶解电位
• 4.1.3 基底保持钝化电位
• 4.2 探针电位变化的影响
• 4.3 探针与基体间距的影响
• 2'>4.3.1 探针收集H₂
• 2+离子'>4.3.2 探针氧化Fe²⁺离子
• 4.4 钝化时间对不锈钢钝化膜形成的影响
• 4.5 小结
• 第五章 氯化物溶液中304不锈钢的点蚀行为研究
• 5.1 与点蚀有关电化学活性的面扫描表征
• 5.2 点蚀产物浓度的确定
• 5.2.1 酸性氯化钠溶液中亚铁离子扩散系数的计算
• 5.2.2 304不锈钢点蚀发展过程的逼近曲线
• 5.3 与溶液成分有关的点蚀机理的讨论
• 5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 总结论
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表